DE1961704A1 - Vorrichtung zum Messen des von einer rotierenden Welle uebertragenen Drehmoments - Google Patents

Description

DK. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. REK. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 I C? V I /UH

SUD-AVIATION SOCIETE NATIONALE DE CONSTRUCTIONS AERO-NAUTIQUES, Paris (Frankreich)

Vorrichtung zum Messen des von einer rotierenden Welle übertragenen Drehmoments

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des von einer rotierenden Welle übertragenen Drehmoments.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Messung des von einer rotierenden Welle übertragenen Drehmoments bekannt, bei denen als Meßsystem ein verdrehbarer Wellenabschnitt benutzt wirdj insbesondere sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen mit Ausgleichsübertragern abgetastet wird, bei denen mit Spannungsphasenverschiebung gearbeitet wird oder bei denen die Verdrehungskraft mithilfe von Dehnungsmessern gemessen wird.

Die Nachteile der Vorrichtungen, bei denen mit Trans« formatoren abgetastet wird, bestehen darin, daß rotierende Transformatoren erforderlich sind, deren Rotor-

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wicklungen Zentrifugalkräften unterliegen. Da ferner der Luftspalt sehr klein, andererseits jedoch groß genug sein muß, um eine ungehinderte Drehung der Welle zu ermöglichen, besitzt der Transformator eine schlechte Qualität, was die Messung beeinträchtigt und die Notwendigkeit mit sich bringt, den Stator und den Rotor dieser Transformatoren mittels Wälzlager auszurichten, falls die Wellen nicht im Raum starr befestigt sind.

Bei den mit Spannungsphasenverschiebung arbeitenden Vorrichtungen treten dieselben Nachteile wie bei den oben erwähnten Vorrichtungen auf, da sie mit Magnetfeldern arbeiten.

Die Vorrichtungen, bei denen das Ungleichgewicht einer Dehnungsmesserbrücke gemessen wird, besitzen infolge der Schwierigkeit der Befestigung der Dehnungsmesser an den Wellen und Infolge des Temperatureinflusses sowie aufgrund der Schwierigkeiten der übertragung der Informationen von dem beweglichen Teil auf den feststehenden Teil der Vorrichtung nur eine geringe Zuverlässigkeit.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist und keinerlei rotierende und damit Zentrifugalkräften unterliegende elektrische oder elektronische Teile besitzt.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgenäSe Vorrichtung gekennzeichnet durch zwei an einem Punkt ihrer Längserstreokung starr miteinander verbundene, zueinander koaxial angeordnete, rotierende Wellen, von denen eine

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elastisch verdrehbar ist und das zu messende Drehmoment überträgt, wobei die eine· dieser beiden Wellen in einem axialen Abstand von diesen? Verbindungspunkt mit einer Scheibe fest verbunden 1st, in äerea Umfang mindestens ein rechteckiges, sich tangential zuv Achse der Wellen erstreckendes Fenster vorgesehen isu, und an der anderen Welle ein dieses Fenster durchquerender,radial angeornjdeter Zeiger befestigt ist, sowie eine feststehende Lichtquelle, die einen axial gerichteten, bei jeder Umdrehung der Welle durch dieses Fenster ein ebenfalls feststehendes, optisch-elektronisches Abtastorgan be-1wuchtenden Lichtstrahl sendet, wobei die beiden den beiden durch den Zeiger voneinander getrennten Fensterabschnlt:. entsprechenden Signale einer Vergleichsvorrichtung zur Messung der winkelmäßigen Versetzung der beiden Wellen zueinander zugeführt sind.

Die an einer der Wellen btv?s: j_t.: Scheibe weist vorzugsweise mehrere Fenster auf und cie andere Welle be sitzt eine entsprechende Anzahl an Zeigern, so daß man bei jeder Umdrehung mehrere Signale erhält.

Vor dem Vergleich werden die Signale zweckmäßigerweise in Rechtecksignale derselben Höhe umgeformt und anschließend durch eine logische Schaltung voneinander getrennt.

Im folgende)! wird gezeigt, daß die Differenz dei^s Dauer dieser Signale ein Maß für das Drehmoment darstellt, das von der Drehgeschwindigkeit unabhängig gemacht werden kann, wenn es entweder auf die Summe der Dauer dieser Signale oder auf das zwei aufeinanderfolgende Signal-

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gruppen voneinander trennende Zeitintervall bezogen wird. Eine alnaloge Schaltung, die die integrierte» auf die Summe der Werte der beiden Signale bezogene Differenz dieser Werte bildet, liefert direkt ein Maß für den Wert des übertragenen Drehmoments.

Vorzugsweise werden an einem optisch-elektronischen Abtastorgan, vorzugsweise einem Fototransistor,zwei gleichgroße und einander entgegengesetzte Signale entnommen, die parallel Ii einem zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisenden Verstärker verstärkt ^ werden. Dieser Verstärker ist über ein verdrehtes Kabel mit einem in einem Abstand angeordneten Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad verbunden.

Die beiden entgegengesetzten Signale mischen sich in dem Differentialverstärker, so daß man an dessen Austritt ein Rechtecksignal erhält, dessen Dauer dem Zeitintervall zwischen den Punkten entspricht, an denen sich die aufsteigenden und absteigenden Planken zu Beginn und am Ende der beiden gleichgroßen und einander entgegengesetzten, gleichzeitig in den Differentialverstärker eintretenden Signale kreuzen.

Die Neigungen der Flanken und die Höhe dieser Signale und ihrer Umkehrungen sind bei stabilisierter Speisespannung von der Intensität des Photonenflusses, der auf den diese Signale erzeugenden Fototransistor auftrifft, d.h. von der Durchsichtigkeit des rechteckigen Fensters sowie aufgrund der Zeitkonstanten der Schaltung von der Drehgesohwindigkeit abhängig.

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Da der Differentialverstärker anspringt und stehenbleibt, wenn sich die Flanken der entgegengesetzten Signale kreuzen, bewirkt eine Änderung der Neigung oder der Höhe dieser Signale folglich eine Änderung der Dauer der Rechtecksignale.

Zur Vermeidung dieses Nachteils kann den Signalen und ihren Umkehrungen mithilfe eines zwischen dem Ausgang und dem Eingang des ersten Verstärkers vorgesehenen Rückkopplungskreises eine mittlere Kreuzungshöhe verliehen werden. Eine derartige Schaltung läßt jedoch weder das optisch-elektronische Abtastorgan noch die den ersten Verstärker mit dem Differentialverstärker verbindende verdrehte Leitung noch diesen Differenz tialverstärker an der von ihr vorgenommenen Korrektur teilnehmen.

Um eine Gesamtkorrektur aller von dem optisch-elektronischen Abtastorgan auf den Differentialverstärker übertragenen Signale zu erreichen, kann in dem Differentialverstärker der Zeitabstand zwischen den Punkten, an welchen sich die Flanken der diesem Verstärker zugeführten Signale kreuzen, in hohem MaB konstant gehalten werden.

Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Differentialverstärkers mit der Polarisierungselektrode des optischelektronischen Abtaetorgans über einen ein Verstärkerund Integrationsorgan enthaltenden Rückkopplungekreis verbunden.

Auf diese Weise erhält die Polarisierungselektrode als Korrektursignal eine mittlere Spannung, die zu der die

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Oesamtbreite des Fensters angebenden Summe der beiden aufeinanderfolgenden Signale proportional und zu dem zwei aufeinanderfolgende Signalgruppen voneinander trennenden Zeitintervall umgekehrt proportional ist, wodurch die Schaltung von der Drehgeschwindigkeit der Welle unabhängig wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform enthält der Rückkopplungskreis am Ausgang des Differentialverstärkers einen Verstärker und einen darauffolgenden Impulsbegrenzer, der das Ausgangssignal dieses Verstärkers oben und unten begrenzt, wobei die mittlere Höhe dieses begrenzten Ausgangssignals mithilfe einer regelbaren Bezugsspannung eingestellt wird. Auf diese Weise wird das Korrektursignal von der Energiehöhe der aus dem Differentialverstärker austretenden Signale unabhängig gemacht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Auf dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung der koaxialen Wellen, der Scheibe und der Zeiger.

Fig. 2a, 2b, 2c Schnitte durch optische Abtastorgane, die die aus der Teilung des Fensters durch den Zeiger sich ergebenden Signale bilden.

Fig. 3 eine in Richtung des Pfeils III von Fig. 1 gesehene Seitenansicht eines Teils der das Fenster tragenden Scheibe und des Zeigers.

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Fig. 4 ein theoretisches Diagramm der von dem lichtempfindlichen Abtastorgan gelieferten Signale.

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild der elektronischen Schaltungen.

Fig. 6a bis 6f Diagramme der Eingangssignale und der Ausgangssignale der die von den beiden Fensterabschnitten gelieferten Signale voneinander trennenden Matrix.

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII von Fig.

Fig. 8 eine Einzelheit der auf Flg. 5 dargestellten Schaltung.

Fig. 9 ein Diagramm« das die Betriebsweise eines Teils der auf Fig. 5 dargestellten Schaltung erläutert.

Bei der auf Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird eine Antriebswelle H über eine Hohlwelle 1 mit einer Empfangswelle R verbunden. Zu diesem Zweck sind einerseits der Flansch la mit dem Flansch JHA. und andererseits der Flansch Ib mit der Schdbe 4 und dem Flansch 5R mittels Bolzen 2 befestigt.

In der Scheibe 4 sind beispielsweise drei rechteckige, in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnete Fenster 5 von genau bestimmter Form und Abmessung ausgespart.

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Koaxial zur Hohlwelle 1 1st eine zweite starre und vorzugsweise ebenfalls hohle Welle 7 angeordnet,die an der mit der Antriebswelle M in Berührung stehenden Hohlwelle 1 über einen dehnbaren, geschlitzten Hohlkegel 8 befestigt 1st, in welchem ein voller Kegel Io sitzt, der mlthilfe einer Mutter 11 in den Hohlkegel 8 eingepreßt werden kann.

In einer gewissen Entfernung von dieser Verbindung . ist die Welle 7 in der Hohlwelle 1 in einem Kugel-™ lager 9 gelagert und mit einer Scheibe 6 verbunden, auf welcher in regelmäßigen Abständen eine der Anzahl der Fenster entsprechende Anzahl an zahnförraigen Zeigern 12 vorgesehen ist. In dieser Scheibe 6 sind ferner ausgeweitete Offnungen 6a vorgesehen, die einen freien Durchgang der Bolzen 2 und eine freie Drehbewegung der Scheiben 4 und 6 zueinander erlauben.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Vorrichtung ist die Scheibe 4 vorzugsweise so gekröpft, daß die Zeiger (Fig. 7) in derselben Ebene wie die Fenster 5 liegen. ) Die Ränder 3a und 5b der Fenster 5 und die Ränder 12a und 12b der Zeiger 12 sind abgeschrägt, so daß, wie aus den späteren Ausführungen hervorgehen wird, ein bezüglich der Achse schräges Einfallen der die Fenster beleuchtenden Lichtstrahlen keinen Einfluß auf das erhaltene Ergebnis hat.

Mithilfe der Befestigungsvorrichtung 8, lo, 11 kann die Welle 7 bezüglich der Hohlwelle 1 in eine solche Stellung gebracht werden, daß jeder Zeiger 12 bezüg-

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lieh des entsprechenden Fensters 5 eine bestimmte Ausgangsstellung einnimmt. Wie aus dem folgenden hervorgeht, ist es nicht erforderlich, daß die Positionierung der Welle J einer ganz bestimmten Stellung der Zeiger bezüglich der Fenster - beispielsweise genau in der Mitte der Fenster - entspricht.

Zweckmäßigerweise kann diese Stellung so gewählt werden, daß sich die Zeiger etwa in der Mitte der Fenster befinden, falls der Motor und der BÄTänger sich in beide Richtungen drehen können, oder sie kann so gewählt werden, daß sich der Zeiger in Nähe eines radial verlaufenden Fensterrandes befindet, wenn die Drehung nur in einer einzigen Richtung vor sich geht.

Es sei nun angenommen, daß jeder Zeiger 12 in der Ausgangsstellung sich in der Mitte des entsprechenden Fensters 5 befindet (vgl. Fig. 3 und 7), so daß die Breiten der beiden Fensterteile X und Y gleich groß sind.

Bei einer Drehung in Richtung des Pfeils F infolge des von der Hohlwelle 1 übertragenen Drehmoments, das eine elastische Verdrehung dieser Hohlwelle in dem zwischen der Befestigungsvorrichtung 8, lo, 11 und den Scheiben 4 und 6 befindlichen Bereich bewirkt, dreht sich die mit Fenstern versehene Scheibe 4 mit einer gewissen Verzögerung gegenüber der Scheibe 6, d.h. also gegenüber den Zeigern 12, so daß das Fenster bei der Drehung bei diesem gegebenen Drehmoment bezüglich des Zeigers 12 die Stellung S₁ einnimmt. Infolgedessen nehmen die beiden Fensterteile die Form X₁ und Y₁ an.

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Beleuchtet man nun das Fenster mit einem flachen« in einer radialen Ebene liegenden Lichtstrahl O, der das Fenster durchquert und auf ein optisch-elektronisches Abtastorgan zu gerichtet ist, werden bei einer gleichzeitigen Drehung der beiden Wellen 1 und 7 ohne übertragung eines Drehmoments zwei gleiche Signale χ und y (Fig. 4) erzeugt, während diese Signale bei einer Drehung unter Auftreten eines Drehmoments, wodurch das Fenster winkelmäßig in die Stellung 5, versetzt wird, zu X₁ und y. werden. Da die Drehgeschwindigkeit sich ^ während des Abtastens des Fensters durch den Strahl O sich praktisch nicht ändert, ist die Dauer dieser Signale proportional zur Breite der Fensterabschnitte X, und Y₁.

Die winkelmäßige Versetzung des Zeigers 12 gegen das Fenster 5 ist ein Haß für die Verdrehung der Hohlwelle 1 gegen die Welle 7, die keine Verdrehung erleidet, so daß die Zeltdifferenz tx₁ - ty₁ - abgesehen von einer Konstanten, wenn die beiden Teile X und Y in der Aus» gangsstellung nicht gleich groß sind - ein Maß für den doppelten Versetzungswinkel ist, während die gesamte Zeit tx₁ + tyj ein Maß für die Breite des Fensters, bezogen auf die Drehgeschwindigkeit der Vorrichtung, 1st oder, wenn die Breite des Fensters konstant und bekannt ist, eine Art Maßstab für diese dieser Drehgeschwindigkeit entsprechende Zeltdifferenz ist.

Di· Fig· 2a, 2b und 2o zeigen Auebildungen der den Lichtstrahl O erzeugenden und aufnehmenden fotoelektrieohen Taetorgane.

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Das Gehäuse 19 dieses Tastorgans (Fig. 2a) besteht aus einer Lichtquelle 14, die ein Lichtbündel erzeugt. Dieses Lichtbündel wird durch ein optisches System 13a und eine Blende 16a in einen flachen, radialen Strahl G umgeformt. Das optische System 15b bündelt den aus dem Fenster austretenden flachen Strahl auf das optisch-elektronische Abtastorgan 17 zu. Das Gehäuse 19 umgreift die Scheiben 4 und 6 in Höhe der Zeiger und der Fenster.

Bei der auf Fig. 2b dargestellten AusfUhrungsform wird der flache Lichtstrahl O mithilfe einer Lichtleitung l8a erzeugt, die aus lichtdurchlässigen,in einer radialen Ebene ausgeabreiteten Fasern besteht, und anschließend durch eine zweite symmetrisch angeordnete Lichtleitung l8b auf das Abtastorgan 17 zu gebündelt.

Bei der auf Fig.2c dargestellten AusfUhrungsform werden zur Analyse des flachen Lichtstrahls Q nur Blenden 16 benutzt.

In der Praxis erhält man jedoch am Ausgang des Abtastorgans 17 nicht die auf Fig. 4 dargestellten theoretischen Signalformen· Beispielswelse kann die Drehgeschwindigkeit im Fall von Gasturbinen 2o ooo U/nfci weit überschreiten, während das Abtastorgan 17 eine gewisse Ansprechzeit besitzt, so daß die Anstiegs- und Abstiegsfronten der Signale keine steilen Fronten sind. Ferner hängt die Höhe der Signale im wesentlichen von der Licht· durchlässigkeit des Fensters 5 ab, die durch Rauch oder Dampf beeinträchtigt werden kann, beispielsweise wenn die Vorrichtung in einen Wärmemotor eingebaut 1st.

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Mithilfe der auf Flg. 5 dargestellten Schaltung kann die Da4r der Signale χ und y korrigiert und können diese in Form gebracht werden; hierbei gestattet eine logische Schaltung die Trennung dieser beiden Signale. Diese logische Schaltung (oberer Teil von Fig. 5) enthält ferner die Speicherregister und die Schaltungen zur Nullstellung nach Jedem Durchgang eines aus zwei Impulsen χ und y bestehenden Impulszuges.

P Die Schaltung besitzt ferner einen analogen Teil (unterer Teil von Fig. 5)> In welchem die χ und y entspre-

tx chenden Signale so behandelt werden, daß sie zu

tv ^v

und ¹ proportional werden, und anschließend subtrahiert und addiert werden.

Wie bereits gesagt wurde, ist die Differenz dieser integrierten Signale proportional zum Drehmoment, und, da sie auf die Summe tx + ty bezogen ist, ist das Ergebnis von der Drehgeschwindigkeit unabhängig·

Die bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit theoretisch konstante Summe der Signale stellt ein Korrekturglied " dar, mit dem die durch die Differenz dieser Signale erhaltene Angabe korrigiert werden kann. Sie gestattet die Korrektur der Linearität der Messung und der Ableitungen der Schalung. Diese Summe wird nicht direkt benutz^,sondern mit einer konstanten Information <&selben Art verglichen und liefert in der Schaltung 26 eine Spannung, welche die Höhe der Signalkabel ihrem Ausgang korrigiert.

Diese auf analogem Weg erhaltene Spannung wird über eine Rückkopplungssohleife 67 an die diese Signale liefernden Schaltungen angelegt, so daß der Ausgangsverstärker 27 direkt den Wert des Drehmomente liefern kann.

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Nach dieser allgemeinen Beschreibung der Aufgaben der Schaltung wird die Schaltung und ihre Arbeitsweise im folgenden ausführlich beschrieben.

Der Emitter und der Kollektor des Fototransistors 28 sind an die beiden Pole der Speisespannung angeschlossen. Die Signale x_Q und y₀ und ihre Umkehrungen x'_o und y'_o werden an den gleichgroßen Lastwiderständen Io5 und Io6 entnommen und werden den Eingängen des Verstärkers 29 zugeführt.

Das optisch-elektronische Abtastorgan, im vorliegenden Fall der Fototransistor, empfängt den das Fenster der sich drehenden Scheibe durchquerenden Lichtstrahl sowie eine Korrekturspannung mit einem im folgenden noch näher angegebenen Wert, die an die Polarisierungselektrode, im vorliegenden Fall an die Basis Ioj5 des Foto» transistors, angelegt ist.

Die Basis I03 ist ferner über einen einen Kondensator Io4 enthaltenden Rüokführungskreis mit einem Ausgang des Verstärkers 29 verbunden· Diese Rückführung kompensiert teilweise die Eigenkapazität des fotoelektrischen Eingangs des Fototransistors.

Die aus zwei Leitern 36a und 36b bestehende, verdrehte Leitung 36 verbindet die beiden Ausgänge des Verstärkers 29 mit den beiden Eingängen einer Schaltung 34, die als Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad wirkt.

Dieser Verstärker dient zur Umformung dieser Paare einander entgegengesetzter Signale in Reohteoksignale. Er empfängt diese entgegengesetzten Signale überlagert und

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wird ausgelöst, wenn die Höhen der einander entgegen« gesetzten Signale x_Q und x'_o durch Änderung ihrer Flanken in Querrichtung gleich werden« worauf ihre Differenz das Vorzeichen ändert. Eine Änderung der Neigung der Flanken der Signale wie eine Änderung der Höhe dieser Signale bewirkt also eine Änderung des Zeitpunktes, an welchem die beiden entgegengesetzten Signale gleich groß werden, und als Folge eine Änderung der Da"er der Rechtecksignale χ und y. Dieser Nachteil wird durch die in folgenden beschriebene Rückkopplungsschaltung beseitigt:

Der Ausgang des Verstärkers 354, an welchem der Signalzug A auftritt, ist einerseits mit dem am Anfang der dieses Signal auswertenden Schaltung angeordneten Umkehrgatter 35 und andererseits mit dem Eingang eines Verstärkers loo verbunden. Die aus diesem Verstärker austretenden Signale werden sowohl unten als auch oben durch Zenerdioden lol und Io2 begrenzt. Diese Signale werden anschließend dem mit einem Integrationskondensator 73 gekoppelten Verstärker 75 eingespeist. Ihre Bezugshöhe wird mithilfe eines Potentiometers 74 eingestellt.

Der Ausgang dieses Verstärker- und Integrationsorgans ist mit der Basis Ioj5 des Fototransistors 28 verbunden.

Infolge der Verstärkung der Signale A bei loo und ihrer darauffolgenden Begrenzung besitzen die Rechteoksignale des Gesamtsignals Ä" eine konstante Höhe oder Potentialdifferenz v.

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Die mittlere Spannung des Verstärker- und Integrationsorgans 1st somit zur Qesamtdauer tx + ty der beiden Signale X₂ und y_g der aufeinanderfolgenden Signalpaare proportional und zu dem zwei aufeinanderfolgende Gruppen dieser Signale trennenden Zeitintervall T umgekehrt proportional.

Wenn ferner in dem Differentialverstärker j$4 die Höhe des Schnittpunktes der Flanken der Signale x_Q und X¹Q, Jq und y'_o korrekt ist, entspricht die Gesamtdauer tx + ty genau der Breite (bzw. der tangentialen Länge) des Fensters und 1st wie die Zeit T umgekehrt proportional zur Drehgeschwindigkeit.

Mit anderen Worten« die mittlere Ausgangsspannung des Verstärker- und Integrationsorgans 75, die zu

proportional ist, ist von der Drehgeschwindigkeit unabhängig und hat ferner einen konstanten Wert, wenn der Wert von gleich seinem ursprünglichen Eiohwert ist, d.h. wenn die Zeiten tx und ty den Breiten der Fensterabschnitte genau entsprechen.

Dieser Wert von kann sich jedoch beispielsweise infolge von Störungen, wie beispielsweise Änderungen der Transparenz der Fenster, ändern.

Fig· 9 zeigt seheaatlsoh ohne Bezug auf ein bestimmtes Potential* wie sich ein umgekehrtes Signal x'_o mit drei zu diesen Signal unterschiedlich angeordneten, di-

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rekten Signalen χ _Q, x_Q und χ ₀ schneidet.

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Wemi die Sehnitthöhe korrekt ist, hat die Dauer des dem ersten Fensterabschnitt entsprechenden Rechtecksignals in üem Gesamtsignal A den Wert tx. Wenn die Schnitthöhe nicht» kor-rekt ist, ist die Bauer des Signals zu lang (tx_) oöer zu kurz C*3c» ). Wenn die Bauer zu, lang-isfc

Ch Sj

CtX₀), ist das an die Basis Iö3 angelegte Korrektursignal höher als normal* woduroh der relative Potentiala&stand der v©n der Kette 29* 26_# 34 übertragenen, entgegengesetzten Signale verringert und folglich die Schnitthöhe auf die dem Wert te entsprechende Höhe gebracht wird. Wenn die Dauer dagegen zu kurz ist ΦΟ, erhöht sieh der relative Potentialabstand der entgegengesetzten übertragenen Signale und damit die Schnitthöhe.

Die Schaltung reagiert also bei beliebigen, insbesondere durch Inderimg der Transparent des Fensters bewirkten änderungen der Amplitude der fotoelektrischen Signale so, daß zum Konstanthalten des Verhältnisses · · nicht diese Amplitude, sondern die Höhe, in der sich die Fronten der entgegengesetzten Signale schneiden, korrigiert wird.

fc Die Kor?@kturspannung gestattet also bei einer beliebigen Drehgeschwindigkeit der Weile, deren Drehmoment gemessen wird, auf eine solche Weise die Bestimmung der Dauer der Signale χ und y, daß diese bei der betrachteten Geschwindigkeit für die Breite der beiden Abschnitt® des Fensters genau repräsentativ sind. Fer- rmv- koispensiert diese Spannung die Fehler, die an je des: Punkt der Kette 28, 29« 36» 3^ auftreten können, so daS insbesondere die Möglichkeit besteht, der verdrehten Leitung 36 eine beliebige Länge zu verleihen.

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Die Variationen des das Fenster durchquerenden Liohtflusses können somit ohn® Störung der Messung den Koeffizient 5o erreiche», während das optisch-elektronische Abtastorgan ohne Einstellung oder Störung ausgetauscht werden kann«,

Die Elemente 29, loe_a IqI, 1o2 und 74 sind vorzugsweise in dem Gehäuse 19 enthalten.

Dank der verdrehten Leitung 36 kann die Schaltung 34 von dem Gehäuse I9 entfernt angeordnet werden (bei» spielsweise in der Pliigsseugkabiiie, wenn die Drehmomentnessvorrichtung an eine Flugzeugturbine angelegt ist).

Ferner gelangen die über diese Leitung aufgenommenen und übertragenen Störungen Xn derselben Form zu» Differentialverstärker 34, d©r sie löscht und die verstärkte Summe der Signale s_ö und y« und ihrer Umkehrungen x'_o und y'_o liefert* die somit in Reehteoksignale umgeformt werden.

Auf Fig. 6a ist das am Auegang des DIfferentlalverstau« leer* 34 auftretende Signal Ä dargestellt, das aus eins? Reihe von Signalen χ und y in Form positiver Rechteck-* impulse besteht.

Das Umkehrgatter 35 bildet aus dem Signal A das aus den Signalen x¹ und y¹ bestehende Signal A (Fig. 6b), da» d«n TJND-Oftttern 3ö„ 37* 38 und 39 und dom zwei Kjippkreise 21 und ?"<i speisenden Umkehrgatter 4o suge<« leitet wird.

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Dsr bistabile Xippkreis 22 ändert bei jedem Empfang einer aufsteigenden Front eines Signals A seinen Zustand, so daä er an seinen Ausgängen die beiden umgekehrten Signale B und B liefert, die aus den entgegengesetzten Signalen ζ bzw, z¹ bestehen (Fig. 6c und 6d),

Der monostabile Kippkreis 21, der aus zwei mit einer RC-Schaltung gekoppelten Gattern 4l und 42 besteht, liefert über die Leitung 7o nach einer Zeit,die kleiner als die kleinstmögliche Größe der Zeitintervalle T (Fig. 6a) zwischen zwei aufeinanderfolgenden, aus Signalen χ, ζ bestehenden Signalzügen ist, dem Kippkreis 22 ein Rückstellsignal. Dieser Kippkreis bewirkt somit zur Sicherheit zwingend die Nullstellung des Kippkreises 22 nach jedem Signalzug.

Ausgehend von den Signalen A, B und B bewirkt die aus UND-Gattern 36 bis 39 bestehende Matrix 23 die Trennung der Signale χ und y.

Die Gatter 37 und 39, denen die Signale A und B gleich zeitig zugeführt werden, lassen erst dann ein Signal durch, wenn diase beiden Signale gleichseitig Null sind. Man erhält Salt das Signal χ allein (Flg. 6e). Auf dieselbe Weiae liefern die Gatter 36 und 39 das Signal 7 allda (Fig. 6t).

'Die Höhe diaaer -Signale '*lrü, wie ija folgandan noch beschrieben wirdj durch dia durch äia Gruppe 26 herge-3ta3.lt® lüökk'opplvmg 67 gesteuert,

BAD ORiGfNAL

Jedes Gatter 36 bis 39 ist mit einem Lelstungsgattar 43 bis 46 gekoppelt, das-für die Dauer eines Signals χ oder y die Zuführung einer positiven Spannung oder die Verbindung der Leitungen m und η mib der Masse oder ihre Isolierung bewirkt.

Auf diese Weise ist die Leitung ra (durch das Gatter 43) bei jedem Signal j positiv, anschließend bei jedem Signal χ mit der Masses verbunden (durch das Gatter 45) und schließlich außerhalb dieser Signal© isoliert.

Umgekehrt ist die Leitung η während jedes Signals χ ps»c3itiv, während jedes Signals y mit der Masse verbunden und die übrige Zeit isoliert,

Fig. 8 seigt die Schaltung der Gatter 43 und 45* alt der dies erreicht wird.

Das Gatter 43 enthält einen npn-Transistcr 77 und das Gatter 45 die npn-Transiatoren 78 v®& 79 · lter Ausgang des Tranaistors 77 ist axt der Basis des Transistors 78 verbunden, der ferner das Signal χ des Gattars 37 direkt zugeführt wird. Das von dem Gatter 36 kommende Signal y wird direkt der Basis der Transistoren 77 und 79 zugeführt.

Tritt kein Signal auf, so ist keiner der Transistoren leitend, 30 daS die Leitung a isoliert ist*

Bei Auftreten eines Signals χ leitet nur der Transistor 78 und die Leitung ta führt das durch dia Leitung 67 und den Widerstand 80 bestimmte Potential.

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BAD

-2ο-

Bei Auftreten eines positiven Signals y werden die beiden Transistoren 77 und 79 leitend und die Leitung ία wird durch den Transistor 79 mit der Masse verbunden, da der Transistor % der durch die an seine Basis angelegte Massespannung blockiert 1st, nicht leitet.

Somit wird der Kondensator 47 während der Zeit tx über den Widerstand 48 geladen und anschließend während der Zeit ty über denselben Widerstand entladen.

Da die Gatter 44 und 46 ähnlieh geschaltet sind, wird der Kondensator 49 auf gleiche Weise während der Zeit ty geladen und anschließend während der darauffolgenden Zeit tx über den Widerstand 5o entladen.

Da die Kondensatoren 47 und 49 und die Widerstände 48 und 5o gleich groß sind, sind die in den Kondensatoren 47 und 49 aufgenommenen Ladungen jeweils proportional zu und ^{md von der über die}

Leitung 67 zugeführten Spannung abhängig.

" Die Spannungen dieser Kondensatoren werden dem Eingang zweier Verstärker 51 und 52 hoher Impedanz zugeführt, die aufgrund ihrer Rückkopplung und zusammen mit dem an ihren Ausgängen parallel geschalteten Spannungsteiler 55, 54, 55, 56 einen Differentialverstärker hoher Eingangsimpedanz bilden. Dieser Teil stellt einen Rechner dar, der die Differenz bzw. die Summe der Ausgangssignale der Verstärker 5* und 52 ermittelt.

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Die zu proportionale Differenz dieser Signale, die am Knoten 57 entnommen wird, wird dem Verstärker 58 zugeführt und das an dessen Ausgang 59 auftretende Signal kann einem Anzeigegerät zugeführt werden, das eine Skalenteilung in Dreftniomentwerten aufweisen kann.

Die am Punkt 54 abgenommene Summe dieser. Signale, theoretisch eine konstante Spannung,, wird über den Widerstand 62 dem Eingang des kontinuierlichen Ver» stärkers 6l ^geführt. Aufgrund von Temperatursehwankungen und*mit der Zeit mittretenden Abweichungen der Bauelemente ist diese 8usm& Schwankungen unterlegen.

Eingang des Versfcär-k&rs; Sl wird dem bei 54 entnommenen Signal über ein Potentiometer 6j5 xma einen Widerstand 64 eine Bezugsapanmsrs überlagert.

Am Ausgang des Verstärkers 6l *lrd das Signal durch die Darlingtonschaltung» diie «as syrei npn-Transi« stören 65 und 66 be3t*Ät, str^ verstärkt xmü anschließend speist der Ausgang dieser Saha!tia?g nie RUckkopp lungsleitung 67*

Der am Ausgang des Verstärkers 58 erhaltene Wert dieser Differenz der Signale wird somit durch die Abweichung des Wertes ihrer Summe von einer Bezugsspannung korrigiert, so daß die Messung linearisiert und die Schaltung stabilisiert wird.

Ferner kann eine Korrektur in Abhängigkeit von der peratur des sich drehenden T$il9 der Vorrlohtung vorgs werden, die eine Änderung des Young-Moduis der

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»22-

sieh Terdreh^nden Hohlwelle 1 bewirkt. Su diesem Zweck wird in den Mekkopplirngskreis -les Verstärkers 58 eine aus einem Heizleiter bestehende Bonue 68 eingesetzt.

Die Sonde befindet sich in Nähe der Hohlwelle 1 und
wird -iron, deren Temperatur foeeinfluSte Diese Sonde

kann la da§ Gehäuse 19 eingebaut sein«,

Me Srrindmsg ist nicht auf die oben beschriebenen Aus«

besoh?Snk-c« soadern läßt insbesondere

glsiöfiwer-tiger technischer Mit

tel v^^Suhisue^u- Iiiäerwig-öa zu»

«23«

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. j Vorrichtung zum Messen des von einem Motor auf einen En?) fänger übertragenen Drehmoments, ge .kennzeichnet durch zwei an eine» Punkt ihrer Längserstreokung starr miteinander verbundene* zueinander koaxial angeordnete rotierende Wellen (1, (), von denen eine (1) elastisch verdrehbar ist und das zu messende Drehmoment überträgt, wobei die eine dieser beiden Wellen in einem axialen Abstand von diesem Verbindungspunkt mit einer Scheibe (4) fest ver« bunden ist, in deren Umfang mindestens ein reelitelrtelciges, sich tangential zur Achse der Wellen erstrak« ketndes Fenster vorgesehen 1st» und an der anderen Welle (7) ein dieses Fenster durchquerender, radial angeordneter Zeiger (12) befestigt ist* sowie eine festste« hende Lichtquelle (l4), die einen axial gerichteten,bei jeder Umdrehung der Welle durch dieses Fenster eia ebenfalls feststehendes, optisch-elektronisches Atotastorgan (17) beleuchtenden Lichtstrahl sendet, wobei die beiden den beiden durch den Zeiger voneinander getrennten Fen« sterabschnitte entsprechenden Signale (x, y) einer Vergleichsvorrichtung zur Messung der Winkelmaßigen Versetzung der beiden Wellen zueinander zugeführt sind,

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellen (1, 7) über eine einen dehnbaren Hohlkegel aufweisende Einrichtung '(8^ Ig, 11) miteinander verbunden sind, die eine genaue winkelmäSlge Festlegung ihrer Stellung gestattet.

   5. Vorrichtung naoh Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einen flachen, in einer radialen Ebene liegenden Strahl (G), der die Fenster abtastet.

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   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der beiden Wellen (l, 7) veränderlich ist, und daß der Wert der Differenz der Dauer der Signale zur Aufhebung des Einflusses der Geschwindigkeitsänderung auf die Messung auf den Wert ihrer Summe bezogen ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem optisch-elektronischen Abtastorgan (28) umgekehrte Signale entnommen werden und in einem Verstärker (29) mit zwei Eingängen und zwei umgekehrten Ausgängen verstärkt werden, die mit einem über ein verdrehtes Kabel (36) in einer Entfernung angeordneten Differentialverstärker (34) mit hohem Verstärkungsgrad verbunden sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differentialverstärkers (34) über einen ein Verstärker- und Integrationsorgan (75) enthaltenden Rückkopplungskreis mit einer Polarisierungselektrode (I03) des optischelektronischen Empfängers (28) verbunden 1st.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rückkopplungskreis am Ausgang des DifferentialVerstärkers (34) ein Verstärker (loo) und anschließend ein Signalbegrenzer (lol, Io2) vorgesehen ist, der das Ausgangssignal dieses Verstärkers oben und unten begrenzt, wobei die mittlere Höhe des Ausgangssignals nach der Begrenzung mittels einer einstellbaren Bezugsspannung (74) eingestellt wird.

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   8. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet» daß der zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisende Verstärker (29) einen kapazitiven Rückkopplungskreis (lo4) aufweist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 1» gekennzeichnet durch eine logische Schaltung» die die den beiden Teilen eines Fensters entsprechenden Signale voneinander trennt.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung mindestens zwei UND-Gatter (36 bis 39) enthält» an deren jedes das gesamte Signal und eines der beiden Ausgangssignale eines durch das gesamte Signal gesteuerten bistabilen Kippkreises angelegt sind.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet» daß jedes eines der einem Fensterabschnitt entsprechenden Signale liefernde UND-Gatter (30 »39) mit einem zweiten Gatter gekoppelt ist» das das andere» dem anderen Abschnitt desselben Fensters entsprechende Signal liefert» wobei das erste Gatter die Aufladung und das zweite Gatter die Entladung jeweils eines Integratlonskrelses (47, 48 bzw. 49, 5o) bewirkt.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11» daduroh gekennzeichnet» daß die Ausgangssignal· der beiden Integratlonekreiee (47« 48 bzw. 49« 5o) an einen Differentialrerstärker (25) angelegt sind» an dessen Ausgang (57) die verstärkte Differenz der beiden Eingangssignal« entnommen wird.

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   13* Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn» zeichnet, daß die verstärkte Summe der Ausgangssignale der beiden Integrationskreise (47, 48 bzw. 49, 5o) gleichzeitig mit einer Bezugsspannung (63) an einen Verstärker (6l, 65, 66) angelegt 1st, der eine Rückkopplungsspannung liefert, die zur Bestimmung der Ladungshöhe dieser Kreise an die beiden Integrations·· kreise angelegt 1st, wobei die Entladungshöhe konstant bleibt.

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